有機化學雜環(huán)類

exit止于至善厚德博學exit第二十章雜環(huán)化合物

heterocycliccompoundexit1整理ppt本章提綱第一節(jié)雜環(huán)化合物的分類和命名第二節(jié)含一個雜原子的五元雜環(huán)

吡咯、呋喃、噻吩第三節(jié)含一個雜原子的苯并五元雜環(huán)-吲哚第四節(jié)含兩個雜原子的五元雜環(huán)體系第五節(jié)含一個雜原子的六元雜環(huán)-吡啶第六節(jié)含兩個和三個氮原子的六元雜環(huán)體系第七節(jié)含一個雜原子的苯并六元雜環(huán)

喹啉和異喹啉第八節(jié)嘧啶和嘌呤

2整理ppt第一節(jié)雜環(huán)化合物的分類和命名一雜環(huán)化合物分類二五元雜環(huán)化合物的命名三六元雜環(huán)化合物的命名3整理ppt一雜環(huán)化合物的分類1脂雜環(huán)沒有芳香特征的雜環(huán)化合物稱為脂雜環(huán)。在環(huán)上含有雜原子〔非碳原子〕的有機物稱為雜環(huán)化合物。三元雜環(huán)四元雜環(huán)五元雜環(huán)七元雜環(huán)(氮雜環(huán)丙烷)(β-丙內(nèi)酯)(β-丙內(nèi)酰胺)(順丁烯二酸酐)(氧雜)(環(huán)氧乙烷)四氫呋喃六元雜環(huán)二噁烷4整理ppt2芳雜環(huán)

具有芳香特征的雜環(huán)化合物稱為芳雜環(huán)★苯并雜環(huán)雜環(huán)并雜環(huán)五元雜環(huán)六元雜環(huán)呋喃噻吩吡咯噁唑噻唑咪唑吡唑吡啶嘧啶吡喃(無芳香性)吲哚喹啉異喹啉嘌呤5整理ppt二五元雜環(huán)化合物的命名五元雜環(huán)〔音譯命名〕五元雜環(huán)苯并體系呋喃(furan)噻吩(thiophene)吡咯(pyrrole)苯并呋喃(benzofuran)苯并噻吩(benzothiophene)苯并吡咯吲哚(indole)6整理ppt四六元雜環(huán)化合物的命名六元雜環(huán)吡啶(pyridine)吡喃(pyran)γ-吡喃酮(γ-pyrone)α-吡喃酮(α-pyrone)噠嗪(pyridazine)嘧啶(pyrimidine)吡嗪(pyrazine)7整理ppt雜環(huán)并雜環(huán)喹啉(quinoline)異喹啉(isoquinoline)苯并吡喃(benzopyran)苯并--吡喃酮(benzo--pyrone)嘌呤(purine)六元雜環(huán)苯并環(huán)系8整理ppt一呋喃、噻吩、吡咯的結構二呋喃、噻吩、吡咯的制備 三呋喃、噻吩、吡咯的反響第二節(jié)含有一個雜原子的五元雜環(huán)體系9整理ppt吡咯的結構孤電子對在p軌道上。吡咯結構：吡咯N是sp2雜化，孤電子對參與共軛?！?6平面共軛體系富電子芳香雜環(huán)化合物反響：堿性較弱，環(huán)易發(fā)生親電取代反響，環(huán)上相當于有一個鄰對位定位基。共軛效應是給電子的。誘導效應是吸電子的。一吡咯、呋喃、噻吩的結構呋喃、噻吩的結構請同學自己分析。10整理ppt吡咯：存在于煤焦油、骨焦油中。無色液體，沸點130-131℃。鑒定：蒸汽遇鹽酸浸濕的松木片顯紅色。呋喃：存在于松木焦油中。無色液體，沸點32℃。鑒定：蒸汽遇鹽酸浸濕的松木片顯綠色。3.噻吩：與苯共存在于煤焦油中。無色液體，沸點84℃。鑒定：與吲哚醌在硫酸作用下發(fā)生墨綠色反響。

吡咯、呋喃、噻吩的物理性質(zhì)及鑒定偶極矩：吡咯指向雜環(huán)，呋喃、噻吩指向雜原子質(zhì)子化學位移:類似苯環(huán)，在6.22-7.29之間11整理ppt主要化學反響吡咯、呋喃、噻吩的親電取代反響吡咯、呋喃、噻吩的加成反響 吡咯、呋喃、噻吩的化學性質(zhì)12整理ppt1.吡咯、呋喃、噻吩的親電取代反響重點*1親電取代反響的活性順序為：吸電子誘導：O(3.5)>N(3.0)>S(2.6)給電子共軛：N>O>S綜合：N奉獻電子最多，O其次，S最少八隅體結構最穩(wěn)定無最穩(wěn)定結構〔1〕概述13整理ppt*2取代反響主要發(fā)生在α-C即2-位上；*3吡咯、呋喃對酸及氧化劑比較敏感，選擇試劑時需要注意；*4

噻吩、吡咯的芳香性較強，所以易取代而不易加成；呋喃的芳香性較弱，雖然也能與大多數(shù)親電試劑發(fā)生親電取代，但在強親核試劑存在下，能發(fā)生親核加成。離域能：噻吩：121.3kJ·mol-1吡咯：87.8kJ·mol-1共振能呋喃：66.9kJ·mol-1苯：150kJ·mol-1試問它們的穩(wěn)定性順序如何？芳香性、穩(wěn)定性：苯〉噻吩〉吡咯〉呋喃14整理ppt*5雜原子和取代基的定位效應A雜原子的定位效應：鄰位B取代基的定位效應：第一取代基進入到雜原子的α-位。3位上有取代基時，呋喃、吡咯、噻吩的定位效應一致。15整理ppt6吡咯的特殊反響-氮原子上的取代反響

吡咯的性質(zhì)與苯酚類似，都具有酸性，但吡咯的酸性比苯酚小。吡咯與苯胺也有類似性質(zhì)。吡咯成鹽后，使環(huán)上電荷密度增高，親電取代反響更易進行。16整理pptC6H5N2+X-

C2H5OH-H2OAcONaHCON(CH3)2DMF

POCl3CHCl325%NaOH(NH4)2CO3

130oCRMgX1CO22H2OCO2

加熱加壓RCOClRX或K+NH2-17整理ppt〔2〕呋喃、噻吩、吡咯的硝化反響呋喃,噻吩和吡咯易氧化,一般不用硝酸直接硝化;通常用比較溫和的非質(zhì)子硝化試劑，如：硝酸乙酰酯。反響在低溫下進行。18整理ppt呋喃比較特殊,先生成穩(wěn)定的或不穩(wěn)定的2,5加成產(chǎn)物,然后加熱或用吡啶除去乙酸,得到硝化產(chǎn)物。19整理ppt〔3〕吡咯、呋喃、噻吩的磺化反響

吡咯、呋喃不太穩(wěn)定，所以須用溫和的磺化試劑磺化。常用的溫和的非質(zhì)子的磺化試劑有：吡啶與三氧化硫的加合化合物。噻吩比較穩(wěn)定，既可以直接磺化〔產(chǎn)率稍低〕，也可以用溫和的磺化試劑磺化。(固體，含量90%)20整理pptS+

NSO3ClCH2CH2Clr.

t.SSO3-Ba(OH)22Ba2+21整理ppt〔4〕吡咯、呋喃、噻吩的鹵化反響反響強烈，易得多鹵取代物。為了得一鹵代(Cl,Br)產(chǎn)物，要采用低溫、溶劑稀釋等溫和條件〔NBS溴化劑〕。碘不活潑，要用催化劑才能發(fā)生一元取代22整理ppt〔5〕吡咯、呋喃、噻吩的傅氏?；错慛-?；量?3整理ppt呋喃、噻吩的酰化反響在-C上發(fā)生，而吡咯的?；错憽膊挥么呋瘎臣饶茉?C上發(fā)生，又能在N上發(fā)生。24整理ppt〔6〕呋喃、噻吩、吡咯的傅氏烷基化反響總體看，在合成上無實用價值。25整理ppt

3.呋喃、吡咯、噻吩的加成反響〔1〕加氫反響噻吩在鎳催化下加氫生成丁烷〔2〕Diels-Alder反響呋喃最易發(fā)生Diels-Alder反響26整理ppt噻吩根本上不發(fā)生雙烯加成，即使在個別情況下生成也是一個不穩(wěn)定的中間體，直接失硫轉(zhuǎn)化為別的產(chǎn)物。27整理ppt四呋喃、噻吩、吡咯的制備

請同學們自學1.工業(yè)制備〔略〕2.實驗室制備(1)帕爾-克諾爾(Paal,C.-Knorr,L.)合成法1，4二酮28整理ppt三種化合物的相互轉(zhuǎn)化(有氧化鋁存在的情況下)〔2〕諾爾合成法氨基酮酸酯29整理ppt五、呋喃、吡咯、噻吩的衍生物(1)糠醛30整理ppt(2)葉綠素和血紅素卟吩由四個吡咯和四個次甲基(=CH)交替相連組成的共軛體系。卟吩呈平面結構,環(huán)中間空隙里四個氮原子可分別以共價鍵、配價鍵與不同的金屬離子結合。葉綠素(鎂),血紅素(鐵)。

靈菌紅素卟吩膽色素原31整理ppt小結1.親電取代反響活性順序三者是富電子的芳香化合物，親電取代活性比苯大。吡咯〉呋喃〉噻吩〉苯2.環(huán)的穩(wěn)定性順序〔根據(jù)離域能的大小〕苯〉噻吩〉吡咯〉呋喃1501229068遇氧化劑或酸不穩(wěn)定32整理ppt3吡咯的反響33整理ppt34整理ppt4呋喃的反響35整理ppt4噻吩的主要反響如何除去苯中少量噻吩？36整理ppt一吲哚的反響二吲哚的合成〔自學〕第三節(jié)含有一個雜原子的五元雜環(huán)苯并體系吲哚的結構共振式37整理ppt一吲哚的反響親電試劑易進攻3位38整理ppt一吲哚的反響常用的親電試劑硝化：(HNO3+HOAc)磺化：鹵化：(低溫、稀釋條件下進行，常用，HOAc稀釋，試劑為X2)酰基化：(酸酐、酰鹵。AlCl3,ZnCl2

，BF3為催化劑)氯甲基化：(CH2O,HCl,ZnCl2)醛基化：[

+POCl3]防止用強酸39整理ppt下面四種情況，取代基均進入苯環(huán)。進入哪個位置，具體分析。1234567

[試分析]親電取代發(fā)生在苯環(huán)還是雜環(huán)上?并指出具體位置。40整理ppt3-吲哚甲醛2-乙?；?-甲基吲哚5-硝基2-甲基吲哚41整理ppt二吲哚的合成苯肼與醛、酮類化合物在酸性條件下加熱生成吲哚及其衍生物的反響稱為費歇爾(Fischer,E.)合成法。42整理ppt利血平-吲哚乙酸色氨酸43整理ppt一唑的命名二唑的結構唑的反響唑的合成

第三節(jié)含有兩個雜原子的五元雜環(huán)體系44整理ppt一唑的命名azole含有兩個雜原子的五元雜環(huán)，假設至少有一個雜原子是氮，那么該雜環(huán)化合物稱為唑。命名時的編號原那么是：1〕讓雜原子的位號盡可能??；2〕當兩個雜原子不相同時，編號的次序是：價數(shù)小的在前，大的在后；3〕價數(shù)相等時，原子序數(shù)小的在前，大的在后。O〉S〉N2價3價原子序數(shù)小原子序數(shù)大O、S、N的次序如右：45整理ppt異噻唑(isothiazole)吡唑(pyrazole)異噁唑(isoxazole)1,2-唑噁唑(oxazole)噻唑(thiazole)咪唑(inidazole)1,3-唑46整理ppt〔1〕互變異構N-N(單鍵)N=N(雙鍵)5-甲基咪唑4-甲基咪唑4(5)-甲基咪唑(因為4-甲基咪唑和5-甲基咪唑不可別離)一唑的結構47整理ppt〔2〕結構吡咯N(孤電子對參與共軛，所以堿性較弱)吡啶N(孤電子對不參與共軛，所以堿性較強)吡咯N的孤電子對處于p軌道一般胺中的N是sp3雜化。N的孤電子對處于sp3雜化軌道sp3軌道堿性：N的孤電子對處于sp2雜化軌道吡啶N與吡咯N均為sp2雜化。強于48整理ppt〔3〕堿性1.1,2-唑與1,3-唑都有吡啶N，所以都有堿性。2.1,3-唑的堿性比1,2-唑強。

因為兩個雜原子互相影響大。3.咪唑的堿性＞噻唑的堿性＞噁唑的堿性親電取代活性：咪唑>噻唑>噁唑由綜合電子效應決定。49整理ppt三唑的反響主要討論親電取代反響1反響性唑的反響性比呋喃、噻吩、吡咯差，這是因為分子中多了一個吡啶N，使共軛體系的電子云密度降低，所以親電試劑不易進攻。21,2-、1,3-唑的硝化、磺化、鹵化〔1〕進入環(huán)的位置及活性順序〔2〕反響試劑：一般的硝化、磺化、鹵化試劑即可。實例eg150整理ppteg2eg351整理ppteg4磺化須強烈條件eg5硝化、鹵化須有給電子取代基52整理ppt31,2-唑、1,3-唑的傅氏烷基化反響常用的烷基化試劑是RX烷基化反響的幾點說明：〔1〕唑的吡啶N上的電子云密度較大，所以在一般情況下，烷基化反響總是吡啶N上發(fā)生；53整理ppt〔2〕咪唑上有兩個N，烷基化反響首先在吡啶N上發(fā)生一烷基化產(chǎn)物經(jīng)互變異構又產(chǎn)生一個吡啶N，可進一步產(chǎn)生二烷基化產(chǎn)物，因此咪唑烷基化時經(jīng)常得到一烷基化產(chǎn)物和二烷基化產(chǎn)物；54整理ppt41,2-唑、1,3-唑的傅氏酰基化反響常用的?；噭┦且话闱闆r下，酰基化反響主要在吡啶N上發(fā)生。酰基是一個吸電子基，所以反響能控制在一元?；A段。例如：咪唑的?；错慛-酰基咪唑55整理ppt11,2-唑的合成(只介紹吡唑與異噁唑的合成)(1)用1,3-二羰基化合物合成吡唑和異噁唑(2)用1,3-偶極環(huán)加成反響制吡唑和異噁唑四唑的合成56整理ppt21,3-唑的合成(噁唑類)(咪唑類)(噻唑類)57整理ppt青霉素噻唑環(huán)青霉素是噻唑的衍生物。58整理ppt一吡啶環(huán)系 1.吡啶的結構 2.吡啶的親電取代反響3.吡啶的親核取代反響4.吡啶環(huán)系的合成5.吡啶的氧化復原反響6.吡啶側鏈α-H的反響 7.吡啶N-氧化物的反響二吡喃環(huán)系第四節(jié)含有一個雜原子的六元雜環(huán)體系｝重點59整理ppt1.吡啶的結構共軛效應和誘導效應都是吸電子的孤電子對在sp2雜化軌道上。=2.20D=1.17D比較三甲基胺、吡啶、苯胺和吡咯的堿性大小pKb4.78.759.416.5pKa5.2360整理ppt吡啶結構：吡啶N是sp2雜化，孤電子對不參與共軛。環(huán)上電子云密度小于苯環(huán)，是缺電子芳香雜環(huán)。反響：弱堿性。環(huán)不易發(fā)生親電取代反響但易發(fā)生親核取代反響。發(fā)生親電取代反響時，環(huán)上N起間位定位基的作用。發(fā)生親核取代反響時，環(huán)上N起鄰對位定位基的作用。類似硝基苯的反響。61整理ppt(1)吡啶N的親核性：與親電試劑生成吡啶鎓鹽或絡合物2.吡啶的親電取代反響NO2+BF4-

乙醚室溫CH3IRCOClH+SO3Br2CCl4石油醚62整理ppt吡啶鹽的兩個十分重要的用途：*1可用來做溫和的磺化、硝化、鹵化、烷基化、酰基化的試劑*2利用吡啶N的烷基化反響制備醛63整理ppt(2)在C上發(fā)生親電取代反響N吸電子，類似硝基苯，反響活性低，在位上即3-位碳上反響。64整理ppt反應特點*1不能發(fā)生傅氏烷基化、?；错憽?2硝化、磺化、鹵化必須在強烈條件下才能發(fā)生；*3吡啶環(huán)上有給電子基團時，親電反響活性增高；*4吡啶N可以看作是一個間位定位基。進攻2位進攻3位進攻4位更穩(wěn)定65整理ppt〔1〕置換易離去基團的親核取代反響如在,γ位有好的離去基團，如Cl、-NO2、Br，可以與氨〔或胺〕、烷氧化物、水等親核試劑發(fā)生親核取代反響〔在親核取代反響中，吡啶N對鄰、對位活化〕。3.吡啶的親核取代反響4-吡啶酮66整理ppt[分析中間體的共振結構]親核試劑進攻位：617頁2或4位取代的氯代吡啶的親核取代反響活性大生成的活性中間體穩(wěn)定67整理ppt〔2〕置換氫的親核取代反響一般機制：*1負氫不易離去，一般需要一個氧化劑作為負氫的接受體；*2親核取代優(yōu)先在α位上發(fā)生，如果α位上有取代基，那么反響在γ位上發(fā)生。68整理ppt實例：烷基化、芳基化反響69整理ppt實例：齊齊巴賓(Chichibabin,A.E.)反響——氨化定義：吡啶與氨基鈉作用生成2-氨基吡啶的反響稱為齊齊巴賓反響。H2O+NaNH2100oCC6H5N(CH3)270整理ppt4.吡啶環(huán)系的合成

漢棲(Hantzsch,A.)合成法由二分子β-羰基酸酯、一分子醛、一分子氨經(jīng)縮合反響制備吡啶同系物的方法稱為漢棲合成法。71整理ppt5.吡啶的氧化復原反響吡啶環(huán)本身不易被氧化，但它的側鏈很容易被氧化成醛或羧酸。(吡啶氧化物)復原反響72整理ppt6.吡啶側鏈α-H的反響2,4,6-位烷基的

-H與羰基

-H相似羥醛縮合型73整理pptN-烷基吡啶鹽的側鏈

-H更活潑羥醛縮合型74整理ppt吡啶的衍生物—煙酸、煙堿等

煙堿(尼古丁)煙酸煙酰胺75整理ppt二吡喃環(huán)系吡喃及其衍生物無芳香特性吡喃及吡喃酮的钅羊鹽是芳香體系。苯并-γ-吡喃酮的衍生物:黃酮、黃酮色素、花色素等

76整理ppt一喹啉和異喹啉的反響二喹啉和異喹啉的合成

第六節(jié)含有一個雜原子的苯并六元雜環(huán)環(huán)系注意異喹啉的編號77整理ppt一喹啉和異喹啉的反響1.成鹽：堿性強弱：喹啉＜吡啶＜異喹啉成鹽反響：78整理ppt2.氧化反響*1喹啉和異喹啉與絕大多數(shù)氧化劑不發(fā)生反響；*2與高錳酸鉀能發(fā)生反響：79整理ppt3.親電取代反響:★反響產(chǎn)物受介質(zhì)的影響。假設反響在酸性介質(zhì)中進行，取代主要在苯環(huán)上5，8位反響。假設反響在有機溶劑如硝基苯中進行，取代在雜環(huán)上發(fā)生，得到3位或4位取代產(chǎn)物。80整理ppt4.親核取代反響★*1親核取代反響主要在吡啶環(huán)上發(fā)生，喹啉的反響位置在2位和4位(2位為主)，異喹啉在1位；81整理ppt*2常用的親核試劑有RLi,ArLi,RMgX,NaNH2,RONa等。負氫比較難以取代。Cl,NO2等基團較易取代。82整理ppt喹啉和異喹啉可發(fā)生齊齊巴賓反響83整理ppt5.側鏈-H的反響:產(chǎn)率很高84整理ppt6.復原:反十氫喹啉順十氫喹啉85整理ppt二喹啉和異喹啉的合成

斯克洛普(Skraup,Z